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计算机组成原理实验报告1
计算机组成原理 实验报告专业班级 学 号 分步成绩 计算机 9 实验表现 姓 名 E-mail 实验报告 机 刘鑫伟 器 号 总成绩 机器号: 59_ _ _ 实验一 寄存器及数据输出实验 _ _ 一、实验目的 _ 1、掌握寄存器器件的工作原理，了解 COP2000 模型机所用主要寄存器的位置、作用、数据通路及控 _ 制信号； _ 2、掌握寄存器组的工作原理； _ 3、 了解计算机中多个寄存器不能同时向内部数据总线送出数据的事实―― COP2000 实验仪选择某个寄 _ 存器（允许其向 DBUS 上输出数据）的方法。 _ 二、实验原理 _ （一）寄存器 _ COP2000 用 74HC574 来构成寄存器，74HC574 的功能如下： _ _ _ _ _ _1，在 CLK 的上升沿将输入端的数据打入到 8 个触发器中。 2，当 OC=1 时触发器的输出被关闭，当 OC=0 时触发器输出数据。74HC574 工作波形图1、累加器 A、暂存器 W 实验12、地址寄存器 MAR、堆栈寄存器 ST、输出寄存器 OUT 实验寄存器 MAR 原理图寄存器 ST 原理图2寄存器 OUT 原理图 （二）寄存器组寄存器组 R 原理图74HC139 含有两个独立的 2―4 译码器，其引脚与内部逻辑、功能表见实验指导书。（三）数据输出实验COP2000 实验仪中有 7 个寄存器可以向 DBUS 输出数据，但在某一特定时刻只能有一个寄存器输 出数据。由 X0、X1、X2 控制信号决定那一个寄存器向数据总线输出数据，而这三个控制信号为 74HC138 译码器的三个选择输入端。74HC138 用于选片。数据输出选择器原理图3X2 X1 X0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN-OE IA-OE输出寄存器 外部中断 中断向量ST-OE 堆栈寄存器 PC-OE PC 寄存器 D-OE R-OE L-OE 直通门 右移门 左移门没有输出三、实验内容1、A、W 的写入 按下表连线 连接 1 2 3 4 信号孔 J1 座 AEN WEN ALUCK K0 K1 CLOCK 接入孔 J3 座(1) 将数据写入 A 寄存器 用手动开关 K23―K16 进行 DBUS[7：0]的数据输入 K23 0 置控制信号： K0（AEN） K1（WEN） 1 0 给 CLOCK 跳变信号：按住 CLOCK 脉冲键，注意哪个寄存器的黄色指示灯亮起，就是你所选的要写入 的寄存器。放开 CLOCK 键，一个上升沿即产生，观察寄存器写入的值。 (2) 将数据写入 W 寄存器 置数据： K23 0 置控制信号： K0（AEN） K1（WEN） 0 1 给 CLOCK 跳变信号，观察寄存器写入的值。 2、R？的写入与读出 按下表连接线 连接 1 2 3 4 5 6 信号孔 J1 座 RRD RWR SB SA RCK 接入孔 J3 座 K11 K10 K1 K0 CLOCK4K22 1K21 0K20 1K19 0K18 1K17 0K16 1K22 1K21 0K20 1K19 0K18 1K17 0K16 1(1) R？的写入 写入 R0： 置数据： K23 0 置控制信号： K11 （RRD） K10（RWR） K1（SB） 1 给出 CLOCK 脉冲上升沿。 写入 R1： 置数据： K23 0 置控制信号： K11 （RRD） K10（RWR） K1（SB） 1 给出 CLOCK 脉冲上升沿。 写入 R2： 置数据： K23 0 置控制信号： K11 （RRD） K10（RWR） K1（SB） 1 给出 CLOCK 脉冲上升沿。 写入 R3： 置数据： K23 0 置控制信号： K11 （RRD） K10（RWR） 1 给出 CLOCK 脉冲上升沿。 (2) R？的读出 自己设置 RRD、RWR、SB 及 SA 信号，观察 R？的红色指示灯及液晶显示内容。 读 R0： 置控制信号： K11 （RRD） K10（RWR） 0 液晶显示为： 1 K1（SB） 0 K0（SA） 0 0 K1（SB） 1 K0（SA） 1 K22 1 K21 0 K20 1 K19 0 K18 1 K17 0 K16 1 0 1 K0（SA） 0 K22 1 K21 0 K20 1 K19 0 K18 1 K17 0 K16 1 0 0 K0（SA） 1 K22 1 K21 0 K20 1 K19 0 K18 1 K17 0 K16 1 0 0 K0（SA） 0 K22 1 K21 0 K20 1 K19 0 K18 1 K17 0 K16 15读 R1： 置控制信号： K11 （RRD） K10（RWR） 0 液晶显示为： 读 R2： 置控制信号： K11 （RRD） K10（RWR） 0 液晶显示为： 读 R3： 置控制信号： K11 （RRD） K10（RWR） 0 液晶显示为： 3、MAR、ST、OUT 寄存器实验 按下表连接线 连接 1 2 3 4 5 6 (1) MAR 的写入 置数据： K23 0 置控制信号： K14（MAROE） K15（MAREN） K12（STEN） 0 给出 CLOCK 脉冲上升沿。 (2) ST 的写入 置数据： K23 0 置控制信号： K14（MAROE） K15（MAREN） K12（STEN） 1 给出 CLOCK 脉冲上升沿。6K1（SB） 0K0（SA） 11K1（SB） 1K0（SA） 01K1（SB） 1K0（SA） 11信号孔 J2 座 MAROE MAREN STEN OUTEN MARCK接入孔 J3 座 K14 K15 K12 K13 CLOCKK22 1K21 0K20 1K19 0K18 1K17 0K16 1K13（OUTEN） 101K22 1K21 0K20 1K19 0K18 1K17 0K16 1K13（OUTEN） 110(3) OUT 置数据： K23 0 置控制信号： K14（MAROE） K15（MAREN） K12（STEN） 1 给出 CLOCK 脉冲上升沿。 4、数据输出实验 按下表连线 连接 1 2 3 4 X0 X1 X2 信号孔 J1 座 K0 K1 K2 接入孔 J3 座 1 1 K13（OUTEN） 0 K22 1 K21 0 K20 1 K19 0 K18 1 K17 0 K16 1置下表的控制信号，写出指示灯的状态： X2 X1 X0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 指示灯 液晶显示（数据总线值） 输入门（K23―K16） 中断向量（由拨动开关给出） 堆栈寄存器 PC 寄存器 D 直通门 R 右移门 L 左移门 没有输出7实验二一、实验目的计数器实验1、掌握程序计数器 PC 和微程序计数器 ? PC 的工作原理； 2、掌握 COP2000 中需要对 PC 进行置数的条件；二、实验原理（一）微程序计数器 ? PC COP2000 实验仪中，微程序计数器 uPC 由 2 片 74HC161 组成的。指令总线 IBUS[7：0]的高六位 被接到 ? PC 预置输入的高六位，? PC 预置的低两位被置为 0。两片 161 的连接为同步连接。低片 161 的 CEP、CET 已置为有效，而其进位输出端 TC 接至高片 161 的 CEP、CET。? PC 原理图 当 RES=0 时，? PC 被清 0； 当 IREN=0 时，在 CK 的上升沿，预置数据被打入 ? PC。指令总线（IBUS）上的数据可来自一片 74HC245。 当 IREN=1 时，在 CK 的上升沿，? PC 加 1。（二）程序计数器 PC 程序计数器 PC 由 2 片 74HC161 组成，能完成加 1 和预置数功能。程序计数器的输出由 74HC245 保存，74HC245 与 74HC161 的输出相连，74HC245（2）的输出连接地址总线，74HC245（1）的输出 接到数据总线（当 LDPC=0 时） 。8程序计数器原理图 当指令正常执行时，程序计数器完成加 1 操作；当执行转移指令时，74HC161 用预置数功能，从 数据总线接收要跳转的地址。当 RES=0 时，PC 计数器被清 0。当 PC+1=1 时，在 CK 的上升沿，PC 计数 器加一；当 LDPC=0 时，在 CK 的上升沿，预置数据被打入 PC 计数器；当 PCOE=0 时，PC 值送地址总线。 在 COP2000 中，计数允许控制端 PC+1 由 PCOE 取反产生。 PC 跳转控制电路原理：在 COP2000 中，虚拟一片 74HC151 器件（做在控制芯片 CPLD95108 中） 来决定 PC 是否被预置。74HC151 为八选一数据选择器，其真值表及工作原理如下图所示。PC 预置控制原理图 当 ELP=1 时，LDPC=1，不允许 PC 被预置； 当 ELP=0，IR3=0，IR2=0 时，且 Cy=1 时，LDPC=非 Cy，当 PC 被预置； 当 ELP=0，IR3=0，IR2=1 时，且 Z=1 时，LDPC=非 Z，当 PC 被预置； 当 ELP=0，IR3=1，IR2=X 时，LDPC=0，PC 被预置。9三、实验内容（一）PC 实验 1、PC 加一实验 连接线表 连接 1 2 3 4 5 6 7 8 置控制信号为： K2（PCOE） 0 K5（ELP） 0 信号孔 J2 座 JRC JRZ PCOE JIR2 JIR3 ELP PCCK 接入孔 J3 座 K0 K1 K2 K3 K4 K5 CLOCK C 标志输入 Z 标志输入 PC 输出到地址总线 预置选择 预置选择 预置允许 PC 工作脉冲 低电平有效 上升沿打入 低电平有效 作用 将 K23―K16 接入 DBUS[7：0] 有效电平按一次 CLOCK 脉冲键，CLOCK 产生一个上升沿，数据 PC 被加一。 2、PC 预置实验 二进制开关 K23―K16 置入数据： K23 0 置控制信号为： ELP （K5） 1 0 0 0 0 0 IR3 （K4） X 0 0 0 0 1 IR2 （K3） X 0 0 1 1 X JRZ （K1） X X X 1 0 X JRC （K0） X 1 0 X X X LDPC 1 0 1 0 1 0 PC 预置指 示灯状态 N Y N Y N Y K22 1 K21 0 K20 1 K19 0 K18 1 K17 0 K16 1每置控制信号后，按一下 CLOCK 键，观察 PC 的变化。注意：X 表示为任意值 （二）? PC 实验 按下表所示连线 连接 1 2 3 4 5 6 信号孔 J2 座 IREN EMEN EMWR EMRD IRCK 接入孔 J3 座 K0 K1 K2 K3 CLOCK 预置μ PC EM 存储器工作使能 EM 存储器写能 EM 存储器读能 ?PC 工作脉冲 作用 将 K23┈K16 接入 DBUS[7┈0] 低电平有效 低电平有效 低电平有效 低电平有效 上升沿打入 有效电平101、? PC 加一实验 设置控制信号为： K3(EMRD) 0 K2(EMWR) 0 K1(EMEN) 0 K0(IREN) 1按一次 CLOCK 一次，CLOCK 产生一个上升沿，? PC 的输出数据被加一。 2、? PC 预置数据实验 用二进制开关 K23~K16 将数据送到数据总线（DBUS） ，置数据??H K23 0 设置控制信号为： K3(EMRD) 0 K2(EMWR) 0 K1(EMEN) 0 K0(IREN) 0 K22 1 K21 0 K20 1 K19 0 K18 1 K17 0 K16 1按住 CLOCK 键， CLOCK 由高变低， 这时 ? PC 的黄色预置指示灯亮， 表明 ? PC 被预置数。 放开 CLOCK 键，CLOCK 产生下降沿，数据??H 被写入 ? PC 寄存器。四、思考题 寄存器1、 AEN、WEN 同时为高电平或同时为低电平时，给出 CLOCK 上升沿，会有什么结果？并解释之 答：AEN、WEN 同为低电平时 AW 寄存器同时写入数据，AEN、WEN 同时为高电平时，AW 寄存 器都不写入数据。 由图可知 AEN?WEN 分别与 CK 相连进行或运算， CLOCK 上升沿时同进同不进。 2、 寄存器组的数据读出与 CLOCK 脉冲是否有关系？由此说明寄存器的数据打入与读出在控制上的差 别。 答：无关。寄存器输入需要 CLOCK 提供上升沿信号，而读出不需要，因为 OC 始终接地为低电平 有效。 3、总结寄存器部分实验有多少个控制信号，并写出其作用。 答：AEN、WEN 为寄存器 A、W 写入控制信号，低有效。RRD、RWR 为寄存器组写入读出控制 信号，1、0 代表写入，0、1 代表读出。SB、SA 为寄存器组选定信号，00--R0、01--R1、10--R2、11--R3。 MAROE、MAREN、STEN、OUTEN 为 MAR、ST、OUT 寄存器控制信号。MAROE：控制 MAR 内容 是否输出到 ABUS。MAREN、STEN、OUTEN 分别控制 DBUS 中数据写入寄存器的选定。011--MAR、 101--ST、110--OUT。计数器1、 请叙述程序计数器 PC、微程序计数器 ? PC 工作原理，两者在预置条件上有何区别？ 答：程序计数器 PC 工作原理如下：程序计数器是包含当前正在执行的指令的地址，当某个指令被 获取，程序计数器的存储地址加一，指向顺序中的下一个指令。在程序开始执行前，必须将它的起 始地址，即第一条指令所在的内存单元地址送入程序计数器。当执行指令时，处理器将自动修改 PC 的内容，即每执行一条指令 PC 增加一个量，这个量等于指令所含的字节数，以便使其保持的 总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只 是简单的对 PC 加 1，但是，当遇到转移指令如 JMP 指令时，后继指令的地址必须从指令寄存器中 的地址字段取得。在这种情况下，下一条从内存取出的指令将由转移指令来规定，而不像通常一样 按顺序来取得。微程序计数器μ PC 工作原理如下：一般情况下，由μ PC+1 来指向下条微指令在控 存中的地址，只有遇到转移类微指令才会改变μ PC 的内容以实现微程序的转移。这种结构的优点 是微指令的字长有效缩短，从 12 而可减少控制存储器的容量。两者在预置条件上的区别如下： （1）11对于μ PC，当 RES=0 时，μ PC 被清 0；当 IREN=0 时，在 CK 的上升沿，预置数据被打入μ PC。 指令总线 （IBUS） 上的数据可来自一片 74HC245。 当 IREN=1 时， 在 CK 的上升沿， μ PC 加 1。 （2） 对于 PC，当 ELP=1 时，LDPC=1，不允许 PC 被预置；当 ELP=0，IR3=0，IR2=0 时，且 Cy=1 时， LDPC=非 Cy，当 PC 被预置；当 ELP=0，IR3=0，IR2=1 时，且 Z=1 时，LDPC=非 Z，当 PC 被预 置；当 ELP=0，IR3=1，IR2=X 时，LDPC=0，PC 被预置。 2、在程序计数器 PC 中 ELP 控制信号的作用；设置什么控制信号可实现 PC 计数操作？ 答：设置什么控制信号可实现 PC 计数操作：ELP=1，不允许 PC 被预置，ELP=0，允许 PC 被预置。 3、 对微程序计数器 ? PC 进行预置操作时，如果置入数据 12H，? PC 模块中的数码管还显示 12 吗？观 察结果并解释之。 答：不是显示 12H，因为会进行加 1 的操作五、实验体会及建议实验遇到的问题及解决办法； 实验内容是否合适： （内容多，适中，内容少） ； 对本次实验的建议，以及以后实验内容安排的建议等。12
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第三讲:数字量输入输出通道?1、光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路；??2、数字量输入通道中几种典型电路；3、数字量输出通道几种典型驱动电路；在微机控制系统中，除了要处理模拟量 信号以外，还要处理另一类数字信号，包括 开关信号、脉冲信号。它们是以二进制的逻 辑“1”和“0”或电平的高和低出现的。如 开关触点的闭合和断开，指示灯的亮和灭， 继电器或接触器的吸合和释放，马达的启动 和停止，晶闸管的通和断，阀门的打开和关 闭，仪器仪表的 BCD 码，以及脉冲信号的 计数和定时等等 。4.1光电耦合隔离技术主要知识点? ?4.1.1 光电耦合隔离器 4.1.2 光电耦合隔离电路4.1.1?光电耦合隔离器光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三极管 型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如图4-1 所示。它们的原理是相同的，即都是通过电?光?电这 种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰 而完成隔离功能的。现以最简单的三极管型光电耦合隔离器为 例来说明它的结构原理，如图 4-2 所示。+ 5V + 5V+输 入端输出端4.1.2光电耦合隔离电路下面以控制系统中常用的数字信号的隔离方法为例说明 光电耦合隔离电路。典型的光电耦合隔离电路有数字量同相 传递与数字量反相传递两种，如图?4-3?所示。 数字量同相传递如图4-3（a）所示，光耦的输入正端接 正电源，输入负端接到与数据总线相连的数据缓冲器上，光 耦的集电极??c?端通过电阻接另一个正电源，发射极?e?端直接接 地，光耦输出端即从集电极c?端引出。当数据线为低电平“0” 时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，输出?c?端接地而 获得低电平“0”；当数据线为高电平“1”时，发光管截止不 发光，则光敏管也截止使输出?c?端从电源处获得高电平“1”。 如此，完成了数字信号的同相传递。+5V74LS273+5V74LS273+5V+5VD7~D0数 据 缓 冲 器c +D7~D0数 据 缓 冲 器c +选通脉冲e选通脉冲-e(a 数字量同相传递图 4-3 光电耦合隔离电路(b 数字量反相传递数字量反相传递如图4-3（b）所示，与（a） 不同的是光耦的集电极 c 端直接接另一个正 电源，而发射极 e 端通过电阻接地，则光耦输 出端从发射极 e 端引出。从而完成了数字信号 的反相传递。4.2数字量输入通道主要知识点? ? ?引言4.2.1 开关输入电路4.2.2 脉冲计数电路引言?数字量输入通道（ DI 通道）的任务--是 把生产过程中的数字信号转换成计算机易于 接受的形式。 行A/D 转换，但对通道中可能引入的各种 干扰必须采取相应的技术措施，即在外部信 号与单片机之间要设置输入信号调理电路。? 信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进4.2.1 开关输入电路?凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，其端子引出均统称为开关信号。在开关输入电路中， 主要是考虑信号调理技术，如电平转换，RC滤波，过电压 保护，反电压保护，光电隔离等。 （1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转换为 电压信号。 （2）RC滤波是用?RC?滤波器滤出高频干扰。 （3）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保护； 用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。 （4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压输入。 （5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电 隔离。图（b） 采用R-S触发器图（a） 采用积分电路? 典型的开关量输入信号调理电路如图?4-4?所示。点划 线右边是由开关?S与电源组成的外部电路，（a）是直流 输入电路，（b）是交流输入电路。交流输入电路比直流 输入电路多一个降压电容和整流桥块，可把高压交流(如 380VAC)变换为低压直流(如5VDC)。开关?S?的状态经?RC?滤 波、稳压管?D1?箝位保护、电阻?R2?限流、二极管?D2?防止反 极性电压输入以及光耦隔离等措施处理后送至输入缓冲 器，主机通过执行输入指令便可读取开关?S?的状态。比如, 当开关?S?闭合时，输入回路有电流流过，光耦中的发光管 发光，光敏管导通，数据线上为低电平，即输入信号为 “0”对应外电路开关?S?的闭合；反之，开关?S?断开，光耦 中的发光管无电流流过，光敏管截止，数据线上为高电 平，即输入信号为“1”对应外电路开关?S?的断开。+V CC R2 到输入 缓冲器 R3 D2 D1 光耦 R1 C1S+ -(a) 直流输入电路 +V CC R2 到输入 缓冲器 R3 D2 C1 D1 光耦 R1C2SR3(b) 交流输入电路 图 4-4 开关量输入信号调理电路输入接口对生产过程的控制，常常需了解生产过程的状态信息，根据 状态信息，决定如何给出控制量。要获得状态信息则必须通过输 入接口（可用三态门缓冲器74LS244），如图所示思考：还可 以用学过的 哪个接口芯 片？图 开关量输入接口4.2.2 脉冲计数电路有些用于检测流量、转速的传感器发出 的是脉冲频率信号，对于大量程可以设计一 种定时计数输入接口电路，即在一定的采样 时间内统计输入的脉冲个数，然后根据传感 器的比例系数可换算出所检测的物理量。系统时钟 CLK0 +12V VC C TS R R TW GATE1 OUT0CR PC总线 CEDz CCLK1 OUT1 CLK2 光耦 +5V OUT2 GATE0 GATE2 OL 计数通道1图 4-5 脉 冲 计 数 输 入 电 路图4-5为一种定时计数输入接口电路，传感器发出的脉冲频 率信号，经过简单的信号调理，引到8254芯片的计数通道1的 CLK1口。8254是具有3个16位计数器通道的可编程计数器/定时 器。图中，计数通道0工作于模式3，CLK0用于接收系统时钟脉 冲，OUT0输出一个周期为系统时钟脉冲N倍（N为通道0的计数 初值）的连续方波脉冲，其高、低电平时段是计数通道1的采样 时间和采样间隔时间，分别记为TS、TW；计数通道1和2均选为 工作模式2，且OUT1串接到CLK2，使两者构成一个计数长度为 232的脉冲计数器，以对TS内的输入脉冲计数。 如果获得TS时间内的输入脉冲个数为n，则单位时间内的脉 冲个数即脉冲频率为n/TS，从而可换算出介质的流量或电机的 转速值。比如，发出脉冲频率信号的是涡轮流量计或磁电式速 度传感器，它们的脉冲当量(即一个脉冲相当的流量或转数)为K， 则介质的流量或电机的转数就为n/TS? K。4.3 数字量输出通道主要知识点? ? ? ? ?引言 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 三极管驱动电路 继电器驱动电路 晶闸管驱动电路 固态继电器驱动电路引言数字量输出通道简称 DO 通道，它的任务是把 计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进 行控制的数字驱动信号。根据现场负荷的不同，如 指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选 用不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出 通道。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出 驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出 驱动电路等。4.3.1 三极管驱动电路对于低压情况下的小电流开关量，用功 率三极管就可作开关驱动组件，其输出电流 就是输入电流与三极管增益的乘积。1 .普通三极管驱动电路当驱动电流只有十几 mA或几十 mA时，只要采用一 个普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图 4-6所示。+5V330LE D 3.3K Di 7406三 极管图4-6 小功率三极管输出电路链接动画2. 达林顿驱动电路当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电 路必须采取多级放大或提高三极管增益的办 法。达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管 组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻 抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的 特点，同时多对复合管也非常适用于计算机 控制系统中的多路负荷。图4-7给出达林顿阵列驱动器MC1416的 结构图与每对复合管的内部结构，MC1416 内含7对达林顿复合管，每个复合管的集电 极电流可达500mA，截止时能承受100V电 压，其输入输出端均有箝位二极管，输出 箝位二极管D2抑制高电位上发生的正向过 冲，D1、D3可抑制低电平上的负向过冲。1C 162C 153C 144C 135C 126C 117C 10COM 9D2 B 10.5kΩ T1 R0 7.2kΩ 3kΩ R1 R2 T2 D3COM CE1 1B2 2B3 3B4 4B5 5B6 6B7 7B8 GNDD1（b）复合管内部结构(a)MC14716结构图图4-7 MC1416达林顿阵列驱动器图 4-8为达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，当CPU数据线Di 输出数字“0”即低电平时，经7406反相锁存器变为高电平，使达林顿复合管导通，产生的几百毫安集电极电流足以驱动负载线圈，而且利用复合管内的保护二极管构成了负荷线圈断电 时产生的反向电动势的泄流回路。+24V 负荷线圈 1C 达林顿复合管 7406 GNDDi1B图 4-8 达林顿阵列驱动电路4.3.2 继电器驱动电路电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触 点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继 电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。 继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出 方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、 大电流设备。衔铁控制电流DLK 外部设备线圈铁芯触点继电器驱动电路的设计要根据所用继电 器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一 定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可 靠地工作。常用的继电器有电压继电器、电流继电器、中 间继电器等几种类型。由于继电器线圈需要一定的 电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。继电器的驱动电路?驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合 电压和电流而定，一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。图?4-9为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路， 当CPU数据线Di?输出数字“1”即高电平时，经 7406反相驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二 极管导通且发光，使光敏三极管导通，继电器线圈 KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设备。 由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关 断时，会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱 动器件，应在继电器线圈两端并联一个阻尼二极管， 为电感线圈提供一个电流泄放回路。VpVcKA220V光耦 Di7406图 4-9 继电器输出驱动电路链接动画4.3.3 晶闸管驱动电路?晶闸管又称可控硅（SCR），是一 种大功率的半导体器件，具有用小功率 控制大功率、开关无触点等特点，在交 直流电机调速系统、调功系统、随动系 统中应用广泛。晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图4-10所示，（a）为单向晶闸管，有阳极A、阴极K、控 制极（门极）G三个极。当阳、阴极之间加正压时， 控制极与阴极两端也施加正压使控制极电流增大到 触发电流值时，晶闸管由截止转为导通；只有在阳、 阴极间施加反向电压或阳极电流减小到维持电流以 下，晶闸管才由导通变为截止。单向晶闸管具有单 向导电功能，在控制系统中多用于直流大电流场合， 也可在交流系统中用于大功率整流回路。AT2GG KT1双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相 当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制 极，结构如图（b）所示。当两个电极T1、T2之间 的电压大于1.5V时，不论极性如何，便可利用控制 极G触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向导 通功能，因此特别适用于交流大电流场合。+5V180Ω MOC Ω RLKS GT2 T147Ω 0.01μF～ 220VDi7 406图 4-11 双向晶闸管输出驱动电路链接动画晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与CPU直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图?4-11为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当CPU数据线Di?输出数字“1”时，经7406反相变为低电平，光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通， 导通电流再触发双向晶闸管导通，从而驱动大型 交流负荷设备RL。4.3.4 固态继电器驱动电路固态继电器?SSR??Solid State Relay??是一种新型的 无触点开关的电子继电器，它利用电子技术实现了 控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而 且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器 的功能，故称为固态继电器。它具有体积小、开关 速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、寿命长等传 统继电器无法比拟的优点，在计算机控制系统中得 到广泛的应用，大有取代电磁继电器之势。
VcDi 7406RL+ _SSR～ ～交 流 电 源图 4-13固 态 继 电 器 输 出 驱 动 电 路链接动画当然，在实际使用中，要特别注意固态 继电器的过电流与过电压保护以及浪涌电流 的承受等工程问题，在选用固态继电器的额 定工作电流与额定工作电压时，一般要远大 于实际负载的电流与电压，而且输出驱动电 路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路 与参数请参考生产厂家有关手册。2．开关量输出接口当对生产过程进行控制时，一般应对计算机送出的控制状态进 行保持，直到重新刷新为止，此时便需利用输出接口对其进行锁存 （可用八D锁存器74LS273），如图所示。由图可知，利用IOW的后 沿产生的上升沿可以锁存数据。经过端口地址译码，得到片选信号 CS，执行OUT指令时，产生IOW信号，设片选端口地址为PROT，可用 以下指令完成数据输出控制。 MOV MOV OUT AL，DATA DX，PROT DX，AL74LS273有8个通道，可输出8个开关状态，并可驱动8个输出装置。
4.4 DI/DO模板把上述数字量输入通道或数字量输出通道设 计在一块模板上, 就称为DI模板或DO模板，也可 统称为数字量I/O模板。图4-14为含有DI通道和 DO通道的PC总线数字量I/O模板的结构框图，由 PC总线接口逻辑、I/O功能逻辑、I/O电气接口等 三部分组成。如图4-14所示。总线接口逻辑I/O功能逻辑I/O电气接口D7 D0 AEN A7 PC A3 总线 IOR A2 A0 IOW数据 缓冲器 基址 基址 译码输入 缓冲器输入调 理电路来自外 部设备输入片址 译码输入片址输出片址 译码 输出片址输出 缓冲器输出驱 动电路去外 部设备图 4-14 数字量I/O模板结构框图PC总线接口逻辑部分由8位数据总线缓冲器、基址 译码器、输入和输出片址译码器组成。 I/O功能逻辑部分只有简单的输入缓冲器和输出锁 存器。其中，输入缓冲器起着对外部输入信号的缓冲、 加强和选通作用；输出锁存器锁存CPU 输出的数据或控 制信号，供外部设备使用。I/O缓冲功能可以用可编程 接口芯片如8255A构成，也可以用74LS240、244、373、 273等芯片实现。 I/O电气接口部分的功能主要是：电平转换、滤波、 保护、隔离、功率驱动等。 各种数字量I/O模板的前两部分大同小异，不同的 主要在于I/O电气接口部分，即输入信号的调理和输出 信号的驱动，这是由生产过程的不同需求所决定的。本章小结?数字量输入输出通道也是计算机测控系统中的重要组 成部分。?本章首先介绍了当前计算机控制系统中最重要的硬件 抗干扰技术――光电耦合隔离技术，并着重分析光电耦合 隔离器的结构原理及其在数字信号中的隔离电路。介绍分 析了数字量输入通道中的3种典型电路：信号调理电路、脉 冲计数电路与拨盘开关电路。还介绍分析了数字量输出通 道中的4种典型驱动电路：三极管驱动电路、继电器驱动电 路、晶闸管驱动电路与固态继电器驱动电路。通过对各种输入输出通道接口电路的分析，可以看出， 光电耦合隔离器的抗干扰作用是十分重要的。?习题与思考1. 画图分析说明三极管型光电耦合隔离器的工作 原理。 2. 分析说明光耦隔离器的两种特性及其隔离电磁 干扰的作用机理。 3. 功率放大器件有哪些？。 4. 说明固态继电器与普通继电器的区别。5.简述数字量I/O模板电路的结构组成。
第九章 数字IO和计数器_信息与通信_工程科技_专业资料。数字IO和计数器第...数字端口按TTL逻辑电平设计,其逻辑低电平在0到0.7V之间,高电平在3.4到5.0V...2--S7-200 PLC数字量通用IO接口模块_信息与通信_工程科技_专业资料。数字量...3.数字量输入模块的使用 数字量输入模块有直流输入模块和交流输入模块两种。 每...如此类推。 3、读取 I/O 卡数字输入代码如下: USHORT gwData = IOCard.OnInputState(0,0); IOCard 函数的返回值 gwData 表示输入信息,比如 gwData 为 ...数字IO实验数字IO实验隐藏&& 数字信号处理实验报告 实验项目名称: 数字 IO 实验 实验日期:
实验评定标准: 1)实验结果是否正确 2)实验结果分析 3)实...(否则多余的电流喂给了级联的输入口,高于低电平门限值就 不可靠了) 在数字...(同理,IO 口低电平输出能力较强,作低电平输出时不能长时间短路到 VCC) 3 ...IO口工作原理_电子/电路_工程科技_专业资料。IO,单片机一切功能的基础,这个文档...在学数字电路时,我们已 知道,三态门有三个状态,即在其的输出端可 以是高...断路器失灵-3Io_能源/化工_工程科技_专业资料。断路器失灵-3Io保护介绍DGT801 数字式发电机变压器保护装置调试大纲 保护编号:TS56 断路器失灵启动保护 断路器失灵...I2.3 A1 门 关信号 检测 I0.2 主泵检 测 I1.3 加药流 量泵检 测 ...扩展数字模块 T1 输入定义 输入 信号 IO 点数 输入 信号 IO 点数 风机 1 ...3-IO操作与异常处理_IT/计算机_专业资料。JAVASE 基础学习 练习题Java 基础培训(3)――I / O 操作与异常处理 文档说明本文档只提出学习要点与考核标准,具体的学...FANUC系统IO信号_机械/仪表_工程科技_专业资料。FANUC系统IO信号 ...3)用 MDI 面板的地址与数字键输入诊断地址后,按〖NO 检索〗键,直接搜索所...
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